下岸水库拱坝的体型及结构设计
拱坝(修改)
拱坝的地形条件
薄拱坝:T/H<0.20 中厚拱坝： T/H＝0.20～0.40（浆） T/H＝0.20～0.35（砼）
厚拱坝(重力拱坝）：
T/H>0.40（浆） T/H>0.35（砼）
拱 冠 梁
0
pR T 2 sin
c
0.4 0.01( L 3H )(H 10 ~ 100m, L 10 ~ 200m)
梁底厚度：
混凝土： 浆砌石：
H TB 3 0.0012 HL1 L2 122
0.269
H / 122
2H L TB 0.0132 H 1000 H ( H 10 ~ 60m, L / H 1.0 ~ 6.0)
拱 坝 平 面 布 置
拱坝的应力分析
荷载：基本与重力坝相同，计算方法略有差别，可参见 SD15-85。 温度荷载是主要荷载。 T 为拱圈厚度； t 为平均温度； t1 为等效线性温差； t2 为非线性温变
t 47 (混凝土 ) T 3.39
t 12.52 0.672 (浆砌石） T
47混凝土?拱梁分载法?有限元法?结构模型试验法?拱梁分载法?有限元法?结构模型试验法13容许主拉应力注
拱
坝
拱 坝 特 点
外荷载作用下，坝体稳定主要依靠两岸共座的 反作用力，坝体自重维持稳定的因素是次要的。
拱坝的地形条件
薄拱坝:L/H<1.5
中厚拱坝：
L/H＝1.5～3.0 厚拱坝(重力拱坝）： L/H ＝3.0～4.5
2 顶拱：0 75 ~ 110
20 50 ~ 80 底拱：
拱 冠 梁
拱冠梁：贯穿拱圈顶点的悬臂梁
拱坝的体型和布置.
拱圈中心角的确定
（3）根据工程经验和规范选择中心角 综上所述，中心角的大小直接影响到应力条件、工程造价和 坝肩岩体的稳定。当中心角较大时，拱圈应力条件较好，坝 体工程量也较小，但拱端处的推力会更接近于平行河岸,对坝 头稳定不利。自玛尔巴塞坝崩垮后，20世纪60年代以来，在 世界范围内，拱坝界的认识有一个飞跃，就是普遍承认拱坝 基础的重要性是第一位的。因此，选择中心角时，应当是在 满足坝肩稳定条件下，尽量加大中心角，水平拱圈最大中心 角应根据稳定、应力、工程量等因素，采用750～1100。而 在坝的底部，由于拱作用实际不大，拱中心角可减小，一般 在500～800之间。
河谷形状不规则或者有局部深槽
可设计成有垫座的拱坝。
单曲拱坝和双曲拱坝
单曲拱坝在U形河谷中造价经济。 这种拱坝一般都有一个直立的筒 形参考面，而且常常是上游面， 体形很简单，便于设计、施工， 泄水、引水布置方便，在一定程 度上具有重力坝泄放大流量比较 方便可靠的优点。因此，虽然双 曲拱坝近几十年来已得到较大发 展，但单曲拱坝仍具有其不能被 替代的适用场所。
1
0.7 0.5
2
0.5 0.4
3
0.4 0.3
（2）绘制可利用基岩面等高线地形图 根据坝址地形图、地质图和地质查勘资料，面布置。
（3）确定坝轴线位置和坝顶中心角 在可利用基岩面等高线地形图上，试定顶拱轴线的位置。在 实际工程中常以顶拱外弧线作为拱坝的轴线。如果是圆拱， 顶拱轴线的半径 R轴＝（0.6～0.8）L1 可用，为坝顶高程处 两拱端可利用基岩面的直线距离。 上述半径绘制坝轴线在透明纸上，并在可利用基岩面等高线 地形图上移动调整位置，尽量使拱轴线与基岩等高线在拱端 处的夹角不小于30，并使两端夹角大致相等，进而确定坝轴 线的位置。在此基础上，再调整确定中心角 2 A 。为此， 在地形图上可按选定的半径、中心角、坝顶高程及顶拱厚度 画出顶拱的平面布置图。
拱坝的主要参数及拱坝的形式.doc
拱坝的主要参数及拱坝的形式（一）控制拱坝形式的主要参数有：拱弧的半径、中心角、圆弧中心沿高程的迹线和拱厚。
（二）按不同的标准可对拱坝做分类：按拱圈厚度：1.根据拱坝在最大高度处的坝底厚度和坝高的比值，即厚高比TB/H，拱坝可分为：薄拱坝，TB/H0.2.中厚拱坝，TB/H0.2~0.35.重力拱坝，TB/H0.35.2.按水平拱的厚度变化，拱坝又可分为：等厚度拱，水平截面为厚度不变的水平拱。
变厚度拱，水平截面为变厚度的水平拱（变厚拱坝的应力条件较好，但设计和施工较为复杂，一般用于高、中拱坝）按拱圈轴线形式：1.圆弧拱：轴线为圆弧拱轴线的圆拱坝，水平截面是单心的圆弧水平拱，设计和施工较简单，但拱圈中压力线偏离中心线较大，拱端推力方向与岸坡边线的夹角往往较小，不利于坝肩岩体的抗滑稳定。
圆拱一般适用于中、低拱坝。
2.变曲率拱坝：包括抛物线、椭圆形或对数螺旋形的水平拱圈，拱圈中间段曲率较大，可改善拱中部应力，近两岸曲率较小，有利于坝肩岩体的抗滑稳定。
变曲率拱坝适用于不同河谷形式，设计和施工较为复杂，多用于高、中拱坝。
3.多心拱：包括二心拱、三心拱、四心拱，五心拱等，多心拱可以适应河谷形状，减少或加大拱端的曲率半径，用以改善坝身应力或增加坝肩稳定。
按拱圈间的几何关系：（1）定圆心、定外（内）半径拱坝在U形河谷中，采用定圆心，定外（内）半径拱坝较为适宜。
（2）变圆心，变半径拱坝按拱坝的体形：（1）单曲率拱坝特点：①结构简单，设计、施工方便。
②下部拱圈的中心角较小，拱的作用不明显。
（2）双曲率拱坝特点：拱冠梁在（1/5~1/3）坝高处，向上游鼓出，利用壳体结构的力学特点，使材料的强度能充分发挥悬臂梁的倒悬造成的预压应力，可平衡水压力产生的拉应力，施工难度较大。
其它形式的拱坝：周边缝拱坝，空腹拱坝。
拱坝_精品文档
拱坝拱坝是一种重要的水利工程结构，被广泛应用于水电站、灌溉系统和洪水调节工程中。
它是一种通过水压将水负荷转移到坝基上的结构，以达到承载荷载和稳定土体的目的。
在本文中，将就拱坝的定义、历史演进、结构形式、设计原理和施工过程等方面进行阐述，以帮助读者更好地理解和应用拱坝。
一、定义和历史演进拱坝是一种曲线表面的堤坝结构，它的顶部向外散开，底部向内收拢。
通过这种特殊的形状，拱坝能够将荷载分散至坝体两侧，使坝体得以稳定。
拱坝的起源可以追溯到古希腊和古罗马时期，当时人们已经意识到拱形结构的优势和稳定性。
然而，真正成为现代水利工程主流的拱坝设计，是在十九世纪末和二十世纪初开始的。
二、结构形式拱坝的结构形式可以分为重力拱坝和拱坝墙两种。
重力拱坝是指通过自重和水重来抵抗坝底水压的作用，常用于小型水利工程。
拱坝墙是指通过坝体本身的强度和稳定性来抵抗水压的作用，常用于大型水电站项目。
除了这两种基本形式外，还有变截面拱坝、双曲线拱坝等更为复杂的结构形式。
三、设计原理拱坝的设计原理主要依据两个基本原理：一是受力均衡原理，即坝体内力的平衡状态必须满足力学平衡条件；二是坝体抗力必须大于压力，以保证坝体的稳定性。
在设计中，需要考虑水压、地震、温度变化和流体荷载等因素，以确保拱坝在各种工况下都能够安全稳定地运行。
四、施工过程拱坝的施工过程可以分为坝基准备、基础处理、坝体浇筑和拱坝墙施工等几个阶段。
首先，在选择坝址前，需要进行详细的地质勘察和水文测量，以确定地质条件和水文特征。
接下来，根据实际情况，采取适当的基础处理措施，如加固地基或注浆。
然后，进行拱坝的具体施工，包括混凝土浇筑、钢筋绑扎和拱坝墙的施工等。
最后，进行坝体的养护和保养工作，以延长拱坝的使用寿命。
五、应用与展望拱坝作为一种高效、稳定的水利工程结构，已广泛应用于世界各地。
它不仅可以用于水电站和灌溉系统的建设，还可以用于洪水调节和生态修复等领域。
未来，随着科学技术的发展和水资源的不断开发利用，拱坝的应用前景将更加广阔。
水工建筑物 第3章 拱坝
L/H<2.0 适宜薄拱坝 L/H=2~3 适宜中厚拱坝 L/H=3~4.5适宜厚拱坝 L/H>4.5 以往认为不宜建拱坝，随筑坝技术提高，现已
有L/H=10的实例（法国） 可见：较小的L/H经济性好。
◎三、拱坝地形地质条件
2）河谷断面形状——决定坝体薄厚（经济性）
V形——随水深增加，拱跨减小，水荷载增加与拱圈 承载能力增加一致，坝体可薄，经济性好；
• 2、定中心角or变中心角拱坝、斜拱坝 —单曲→双曲的过渡坝型
在V形河谷中，底部跨度小，拱中心角小，拱作用 不大，为增大曲率，曾采用定中心角or变中心角拱 坝
◎三、常用拱坝体形及平面布置形式
定中心角or变中心角拱坝特点
岸边向上游倒悬，对空库、施工期坝顶应力不利 有人将其拱冠梁向下游倒悬，一度采用斜拱坝，但坝
◎一、拱坝水平拱圈中心角2φA——与拱坝σ、坝肩稳定、造价有关
从经济性考虑——取1m高水平拱圈体积，有：
V
R 2A
180 0
T
令
dV
dA
0, 得到2 A
133 034'
从拱内应力σ考虑——若视拱圈为两端固定拱，由
结构力学得到，当2φA>120度时，拱内不出现拉应
力
可知：较大的2φA对坝体应力和经济性有利。
补充边界条件：c(0,0）；（2TB , H )
连续条件：dx
0
dy y1H
一般1 0.6 ~ 0.65，2 0.3 ~ 0.6
由上述条件确定a、b、c值。
◎四、拱冠梁剖面形式
双曲拱坝——继续确定如下内容 2、各层拱圈圆心轨迹线——上游1:0.7下游1:0.8
◎五、拱坝布置要求、原则、步骤
拱坝设计规范
拱坝设计规范1. 引言拱坝是一种常见的水利工程结构，广泛应用于水能利用和水资源管理中。
为了确保拱坝的安全性和可靠性，制定拱坝设计规范是必要的。
本文将介绍拱坝设计规范的一些基本要求和建议。
2. 工程背景拱坝是一种弯曲的水利工程结构，通常用于拦截或蓄水。
它由多个拱形构件组成，通过拱形的力学原理来分散水压，提高结构的稳定性。
拱坝的设计需要考虑水力学、土力学、结构力学等多个因素。
3. 设计原则拱坝的设计应遵循以下原则：•安全性：拱坝应具有足够的抗震和抗洪能力，能够承受外部环境的变化和作用力的影响。
•可靠性：拱坝的设计应具有良好的可靠性，能够在长期使用过程中保持稳定和安全。
•经济性：拱坝的设计应考虑到施工和维护成本，尽量减少对环境和资源的损害。
4. 设计要求拱坝的设计应满足以下基本要求：4.1 水力学要求•最大洪水水位：根据地区的降雨和径流条件确定最大洪水水位，以确保拱坝在洪水期间的安全性。
•流量控制：拱坝应能够控制流量，确保下游水位稳定，不发生泄洪或溃坝等事故。
•波浪冲击考虑：对于暴露在湖泊或海洋中的拱坝，需要考虑波浪的冲击对结构的影响。
4.2 结构力学要求•坝体稳定：拱坝的坝体应具有足够的稳定性，能够承受水压和地震力的作用，不发生滑坡和变形。
•基础承载力：拱坝的基础应具有足够的承载能力，能够分散坝体的重力和水压，保证整体稳定。
•应力分析：通过应力分析确定拱坝结构的合理尺寸和形状，避免应力过大或不均匀引起的结构破坏。
4.3 原材料和施工要求•原材料选择：拱坝的建造应选择合适的建筑材料，具有足够的强度和耐久性，能够满足结构要求。
•施工质量：拱坝的施工质量应符合相关标准和规范，确保结构的稳定和安全。
5. 设计流程拱坝的设计流程包括以下步骤：1.收集工程信息：包括地质、水文、气象等方面的数据，对工程环境有一个全面的了解。
2.确定设计参数：根据工程背景和要求，确定设计的水位、流量、力学参数等。
3.进行概念设计：根据设计参数，进行初步的结构配置和尺寸确定。
拱坝是在平面上呈凸向上游的拱形挡水建筑物.
温度荷载 拱坝设计中的主要荷载之一 在水压力和温度荷载共同引起的径向变位中， 温度荷载约占据1/3至1/2，对坝顶部分的影响 更大。通常假定温度荷载由拱圈承担。 产生温度荷载的两个原因： （1）混凝土施工过程中水化热的散发； （2）用下游以年平均气温、上游以年平均 水温作为边界条件，求出此时的坝体温度场作为稳 定温度场。一般在年平均气温或略低时进行封拱。
温升：温度高于封拱温度。温升对坝肩稳定不利， 对应力有利； 温降：温度低于封拱温度。温降对坝肩稳定有利， 对应力不利。
温升
温降
二、荷载组合 1、基本组合 (1) 自重，水库正常蓄水位及相应尾水位下的静水压 力，设计正常温降的温度荷载，扬压力，泥沙压
力，浪压力，冰压力；
(2)自重，水库正常蓄水位及相应尾水位下的静水压 力，设计正常温升的温度荷载，扬压力，泥沙压 力，浪压力； (3)自重，设计洪水位及相应尾水位下的静水压力，设 计正常温升温度荷载，扬压力，泥沙压力，浪压力。
拱坝的外形尺寸，使坝体材料的强度得到充分
发挥，控制拉应力在允许范围之内，而坝的工 程量最省；
因拱坝型式比较复杂，布置需有较多方案，进行 全面技术经济比较，选择最优方案。最终选定的
布置方案，一般需经模型试验论证。
二、拱圈布置形式
从有利于拱圈受力的角度，应该采用较大的中心角 和较小的半径，因为跨度一定的条件下，中心角越 大、半径越小，拱的作用越强烈，拱圈的拉应力越 小，坝可以建得越薄。 但是过大的中心角将使拱轴线与河岸基岩等高线的 交角过小，拱轴推力的方向近乎与河岸等高线平行， 不利于坝肩稳定。另外，过大的中心角也会增加拱 圈的弧长。 适宜的中心角是：2jA=1100-1200
双曲拱坝铅直剖面呈现“倒悬”现象。通常用单位高度 的坝体悬伸长度 △b/ △h来描述倒悬程度，简称“倒悬 度”。“倒悬”现象对拱坝不利＋有利
第三章拱坝-part1
2016-5-22
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水工建筑物讲稿- 第三章拱坝
2.剖面尺寸的拟定
坝顶高程:设计洪水或校核洪水为加超高
h h p hz hc
1,2,3级拱坝hc分别取0.7,0.5,0.4;校核0.5,0.4,0.3 上游剖面:初步拟定n=2,设计n=3
y a1 z a2 z 2
an z n bn z n
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水工建筑物讲稿- 第三章拱坝
（2）变圆心，变半径拱
为更好的适应河谷断面，使坝体经济，在V形河谷上，可采用此坝型。 变圆心，变半径拱自上而下半径减小，使各层仍有较大的中心角，可充 分发挥拱的作用改善坝的应力状态，也称双曲拱坝。 双曲拱坝不仅有平面拱的作用，而且也有垂向拱的作用，使梁的弯 矩减小，刚度增大，悬臂倒悬，有利于改善梁的应力。溢流远离坝脚。 其结构复杂，施工难度大。
L 坝顶宽 , L 0.15 H河谷宽 2016-5-22
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水工建筑物讲稿- 第三章拱坝
五、坝体与坝基的连接
与两岸连接一般要对称：不对称做重力墩；对河谷有深槽可修 建垫座
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
水工建筑物讲稿- 第三章拱坝
•天 台 里 石 门 水 库 总库容1.99亿m 3 。为混 凝土双曲拱坝，坝高 74.3m。坝底宽15.5m， 坝顶宽4m，厚高比 0.208。坝顶弧长 265.5m，坝顶弦长 208.5m，弦高比2.8。 采用坝顶泄洪，溢流段 长91.3m，设8扇弧形闸 门，每扇10m宽，高 5.1m，底坎高程176m。
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水工建筑物讲稿- 第三章拱坝
理想地质是：基岩均匀单一、坚固完整、 强度高、刚度大、抗水侵蚀和耐风化等。
拱坝
拱坝是在平面上呈凸向上游的拱形挡水建筑物，借助拱的作用将水压力的全部或部分传给河谷两岸的基岩。
与重力坝相比，在水压力作用下坝体的稳定不需要依靠本身的重量来维持，主要是利用拱端基岩的反作用来支承。
拱圈截面上主要承受轴向反力，可充分利用筑坝材料的强度。
因此，是一种经济性和安全性都很好的坝型。
平面上呈拱形并在结构上起拱的作用的坝。
拱坝的水平剖面由曲线形拱构成，两端支承在两岸基岩上。
竖直剖面呈悬臂梁形式，底部座落在河床或两岸基岩上。
拱坝一般依靠拱的作用，即利用两端拱座的反力，同时还依靠自重维持坝体的稳定。
拱坝的结构作用可视为两个系统，即水平拱和竖直梁系统。
水荷载及温度荷载等由此二系统共同承担。
当河谷宽高比较小时，荷载大部分由水平拱系统承担；当河谷宽高比较大时，荷载大部分由梁承担。
拱坝比之重力坝可较充分地利用坝体的强度。
其体积一般较重力坝为小。
其超载能力常比其他坝型为高。
拱坝主要的缺点是对坝址河谷形状及地基要求较高。
拱坝的基础处理要慎重对待。
务必查明地质条件的薄弱环节。
在工程措施上要不惜代价彻底解决。
不能轻率处理。
对水文、试验等工作应按规程规范办理，这样才能提高设计精度，不然将造成工程失事的遗留病害。
所以应保证在安全的前提下求经济合理。
拱坝坝址地质条件，一般是上部岩石比下部差，左右岸岸坡均有软弱夹层。
为了使拱坝传给基岩的推力分散，易于保持稳定，中小型拱坝工程，扩大其拱端尺寸，即将坝布置为变截面圆拱成大头拱坝是有效的。
但相对于重力坝，拱坝对坝址岩石基础的要求相对重力坝要少一些。
编辑本段历史沿革拱坝人类修建拱坝具有悠久的历史。
早在一、二千年以前，人们就已意识到拱结构有较强的拦蓄水流的能力，开始修建高10余米的圆筒形圬工拱坝。
13世纪末，伊朗修建了一座高60米的砌石拱坝。
到20世纪初，美国开始修建较高的拱坝，如1910年建成的巴菲罗比尔拱坝，高99m。
20~40年代，又建成若干拱坝，其中有高达221m的胡佛坝（Hoover Dam）。
3.1拱坝概述
国 内 拱 坝 建 设
-35-
响洪甸拱坝位于淮河支流西淠河上，属于响洪甸镇，是我国自行设计和
施工的第一座等半径同圆心混凝土重力拱坝，1956年4月开工建设， 1958年7月竣工。最大坝高87.5米。
-36-
•4、拱坝建设的熟练阶段（1960年－至今）
标志： 1960 年，建成的意大利瓦依昂
（Vaiont）拱坝（H=262m）。
另选其他坝型。
龙羊峡水电站
•三、拱坝的形式 •（１）按厚高比分
拱坝的型式 薄拱坝 中厚拱坝 厚拱坝 厚高比
TB H 0.2
0.2 TB H 0.35
TB H 0.35
-18-
•（2）按坝体形态分
•按照拱坝的拱弧半径和拱中心角，可将拱坝分为：
单曲拱坝（single－curvature arch dam） 双曲拱坝（double－curvature arch dam）
等外半径变内中心角拱坝
对于底部狭窄的“V”字形河谷适用。此时，各层拱圈自拱冠向拱端逐渐变厚
。
-21-
•双曲拱坝（double－curvature arch dam）
•定义：在水平和铅直截面上都呈拱形。
双曲拱坝（double－curvature arch dam）
特点：悬臂梁兼有垂直拱的作用，对降低 坝体拉应力有利。在水压力作用下，双曲 拱坝中部垂直梁的应力是上游面受压，下 游面受拉，与自重产生的梁应力相反，可 相互抵消
特点：水平截面为拱形，但未真正利用拱结构的优点，似拱坝结构。 贡献：为发展积累了经验。 举例：意大利的高桥（Ponte Alto）拱坝。
-29-
• • • • • • • • • • • •
拱坝
1、拱坝是坝体向上游突出，平面上呈拱形，拱端支撑于两岸山体上的砼或浆砌
石整体结构。
拱坝是周边与岩基连接的高次超静定结构，坝体没有永久性的伸缩缝，地基变形和温度变化对坝体内力影响较大。
因此拱坝对地质、地形条件及坝基处理要求较高；在拱坝的设计中，应考虑地基变形及温度荷载。
2、拱坝理想的地形应是坝址河谷相对宽度较窄，两岸基岩面大致对称，岸坡平
顺无突变且坝两端下游有足够大的岩体支承，这样的地形可以充分发挥拱的作用。
拱坝要求基岩完整、坚硬，质地均匀，有足够的强度，逆水性小．耐风化，没有大断裂构造和软弱夹层等。
3、拱坝要求基岩完整、坚硬，质地均匀，有足够的强度，逆水性小．耐风化，
没有大6
4、拱坝的应力分析方法：纯拱法、拱梁分载法、有限元法、结构模型实验法。
5、拱座的稳定平分析方法：刚刚极限平衡法，有限元法、地质力学模型实验法。
6、拱坝八神泄水方式：坝顶自由溢流、滑雪道式泄流、坝面泄流、坝身孔口泄
流。
7、拱坝坝基处理：坝基开挖、固结灌浆和接触灌浆、防渗帷幕、坝基排水、断
层破碎带和软弱夹层处理。
拱坝课程设计
第一章 确定坝顶高程1.确定坝基开挖高程由相关水文、地质等资料初步估计坝高为50米左右，可建在微风化至弱风化上部基岩上，又下坝址河面高程1858.60m ，综合槽探、硐探、钻探和地表地质勘察资料，坝址区左右岸坡残坡积层厚度达3～5m ，局部地段深达10m ，河床上第四纪冲积覆盖层厚度为8.8m 左右；结合风化线深度，初步拟定坝基最低开挖高程为1843.50m 。
大坝校核洪水为500年一遇，坝体级别为4级。
2.计算坝顶高程坝顶应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶的高程应高于波浪顶高程，其与正常蓄水位或校核洪水位的高差，选择两者中防浪墙顶高程的高者作为选定高程。
(1).相关资料 吹程 坝底高程 校核水位 设计水位 防浪墙顶高程 防浪墙顶高程 取用风速 600m1843.50m 1892.71m 1892.50m H 设+▽h 设H 校+▽h 校20.7m/s(2). 计算h l 根据官厅公式计算： 当20gDV =20～250 时，为累计频率5%的波高h 5%; 当20V gD=250～1000 时，为累计频率10%的波高h 10%; 本设计20V gD =（9.8×0.6×103）/20.72=13.723 故取h l ≈h 5%. （3）.计算防浪墙顶高程及基本剖面坝高设计洪水位m校核洪水位m坝前水深H=H 较/设-H 底49.00 49.21 3/14/500166.0D V h l =0.618 0.618 8.0l )h (4.10=L 7.077 7.077 LH L h h l z ππ2cot 2=0.1790.17820gDV 13.723（2s -）13.723（2s -）l h 24.1h %1=0.766 0.766 安全加高c h0.4 0.3 c z h h h h ++=∆%11.345 1.244 防浪顶高程 1893.8451893.954最终防浪顶高程1893.954 坝高50.454第二章绘制坝基开挖线坝高超过100m时，坝可建在新鲜、微风化或弱风化下部基岩上；坝高在50～100m时，可建在微风化至弱风化上部基岩上；坝高小于50m时，可建在弱风化中部至上部基岩上。
拱坝课程设计
第一章工程概况1.1 坝址地形图及河谷地质剖面图（另附图2张）1.2 设计标准本水库总库容2.1千万方。
灌溉2万亩，电站装机1万千瓦。
工程等级，建筑物等级以及各项控制标准按有关规范自行确定。
1.3 坝址地形地质条件1．坝址区峡谷呈“V””型，两岸谷坡陡削，高程300米以下较为对称，坡角40—50度。
唯右岸自高程300米以上地形转缓变为25~30度。
两岸附近山高均超出400米高程以上．河谷底宽11米高程260米，左岸受冲沟切割后山脊较为单薄。
2．河床和岸坡有大片基岩课露，距河床高47米范围内形成岩石陡壁。
以上为第四纪残、坡积的砂壤覆盖层。
厚度左岸2~5米，右岸3—5米，坝址区基岩一般风化不深，剧风化垂直深度，左岸为3~6米，右岸为4~8米，河床为0—3米，微风化或新鲜基岩距地表深度，在320米高程以下：两岸为10—20米，河床为4米左右。
坝址区岩性为坚硬致密的花岗岩，较为新鲜完整的物理力学指标甚高，抗压强度1500kg／cm2，岩石容重γ＝26KN／m3。
滑动面上岩石之间的摩擦系数f＝0.65、粘着力c＝2kg／cm2。
基岩弹性模量Ef＝（1～4）×105kg／cm2。
泊松比μ＝0.2，坝体混凝土基岩摩擦系数f＝0.65。
两岸基岩无成组有规律的节理裂隙存在，主要受F1、F3、F5断裂切割影响。
F1断裂切割右岸坝肩，其底板高程在314米，顶底岩层破碎。
靠右岸在314米高程以上坝肩稳定须予重视。
F3、F5断裂在较接近拱坝坝后通过，在拱座推力作用下，将产生压缩变形因此在拱座推力作用范围内必须给予工程上的处理。
3．岩层抗冲刷条件：泄洪建筑物下游高速水流沿程河床和岸坡，基岩基本裸露、岩性坚硬，抗冲刷力强，大部不须抗冲处理，但在靠近坝体部分的岸坡段对断裂破碎带等出露地带必须封闭固结，适当扩大表层固结灌浆。
4．区域地震条件；本区地震基本裂度为六度。
1.4 特征水位经水库规划计算结果、坝址上、下游特征水位如下：P＝0.2%校核洪水位319m，相应尾水位270.5m。
拱坝设计说明书
计算书目录：1、设计参数及控制指标2、拱坝体形3、应力计算4、拱肩稳定计算5、消能计算6、坝体细部及放空、取水孔设计1、设计参数及控制指标1.1设计参数坝体材料：200#砼，容重2.4t/m3,弹模1.7E6(坝体弹模考虑徐变的影响，取为瞬时弹性模量的0.6--0.7)，泊松比0.167，线胀系数1×10-5/℃，导温系数3m2/月。
坝基：灰岩，容重3t/m3,弹模2E6，泊松比0.27，线胀系数1.4×10-5/℃，导温系数3m2/月。
淤沙浮容重按1t/m3,内摩擦角14°。
水文及地基f、c等有关各专业的基础资料请见附件1。
温度荷载按规范(SD145-85)附录公式由程序动计算，封拱灌浆温度取8-12℃。
1.2控制指标大坝拱肩稳定及应力控制指标均严格按照《混凝土拱坝设计规范》（SD145-85）执行，见表1-1、1-2。
表1-1 抗滑稳定安全系数表2、拱坝体形拱坝体形为双曲拱坝，拱圈平面曲线采用圆弧。
因两岸地形不完全对称而采用两岸不同半径的双曲拱坝。
2.1坝顶高程的拟定设计洪水位(p=2%)：848.35m正常蓄水位：848m2.1.2 坝顶高程根据各种运行情况的水库静水位加上相应超高后的最大值确定。
顶超高值Δh按下式计算(请见SD145-85《混凝土拱坝设计规范》第八章拱坝构造）Δh=2h l + h0 + h c式中：Δh………坝顶距水库静水位高度(m)2h l………浪高(m)h0………波浪中心线至水库静水位的高度(m)h c………安全超高(m)：正常运用情况取0.4m，非常运用情况取0.3m。
2.1.3 波浪要素按“官厅——鹤地”公式计算：2h l = 0.0166 V f5/4 D f1/32L1 = 10.4(2h l ) 0.8h0 = 4πh l2 /(2L1)式中：2L1 ………波长（m）；D f ………吹程，由坝前沿水面至对岸的最大直线距离(km) ,取1Km。
万家口子碾压混凝土双曲拱坝的体型设计
万家 口子碾压混凝土双 曲拱坝的体型设计
池 为
摘
廖 明菊
邓仕 涛
（ ． 西 电 力工 业勘 察 设 计 研 究 院 ，广 西 南 宁 ５ ０ ０ ；２广 西 水 利 电 力职 业 技 术 学 院 ， 广 西 南宁 ５ ０ ０ ） １ 广 ５００ ． ５ ０ ０
要 ：万 家 １子 水 电站 １ ７５ ｍ ２ ＇ ．ｏ 高碾 压 混凝土 双 曲拱 坝体 型设 计及优 化过 程 中，充分利 用拱坝 应 力分析 与体 型优化软 ６
被稀疏 。
蓄 水 位 １ ５ ． ０ ， 死 水 位 １ １ ． ０ ， 建 基 面 高 程 ４００ｍ ４５０ｍ １ ８ ． ０ 。枢 纽属 Ｉ等 、大 （ ）型工程 ，挡水 建筑 物为 ２５０ｍ Ｉ ２
碾 压 混 凝 土 双 曲 拱 坝 ， 坝 高 １ ７ ５ ｍ 超 过 １ ０ 为 一 级 建 ６．０ ， ５ｍ
筑物 。
根据坝址地形地 质条件 ，选取 抛物线型变 曲率碾压 混凝 土拱坝 为推荐坝型 。抛物线型变厚 拱圈拱冠部分 曲率大 ，拱
端 趋 平 缓 ， 厚 度 从 拱 冠 到 拱 端 逐 渐 增 厚 ， 可 以更 好 地 降低 坝
体 整体 应力 水平 ，节 省 混凝土 工程 量 ，也 更有 利于 坝肩稳
件 系统 Ａ Ａ 的体 型 优 化 研 究成 果 ，最 终拱 坝 选 用 了抛 物 线 型 变曲 率 碾 压 混 凝 土 拱 坝 方 案 。 本 文 简要 介 绍 拱 坝 体 型 设 计 的 ＤＯ
设计思土
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图1 拱坝鸟瞰效果 下岸水库拱坝的体型及结构设计马以超、尉高洋、顾锡春、陈舟、金文志【摘要】 下岸水库拱坝是一座建于较宽河谷的拱坝，其体型设计过程中采用了优化技术。
下岸水库大坝兼有挡水、泄洪、放水等功能，其结构设计具有一定的代表性。
【关键词】 拱坝 体型设计 结构设计1. 工程概况下岸拱坝位于浙江省仙居县境内的灵江流域永安溪干流上，枢纽工程属二等工程，以防洪、灌溉(供水)为主，结合发电等综合效益。
坝址以上流域面积257km 2，总库容13504万m 3，灌溉(供水)库容8391万m 3，防洪库容3574万m 3。
正常水位208m ，相应库容10629万m 3。
设计灌溉面积10.03万亩；防洪6.8万亩，保护人口8.4万人；电站装机2×8MW ，多年平均年发电量3313万kW ·h 。
坝址河谷底宽70~115m ，山坡坡度38~40°，两岸基本对称，坝基岩性为熔结凝灰岩，坝区地震基本烈度小于6度。
混凝土拱坝为抛物线型双曲变厚拱坝，最大坝高64m ，大坝混凝土工程量约12.38万m 3。
2. 体型设计 2.1 线型选择下岸拱坝拱圈线型选择抛物线。
抛物线型中部拱度较大，对应力条件有利，两岸较平直，对坝肩稳定有利。
抛物线型在国内成功应用的实例较多，经验也比较丰富。
2.2 体型优化思路下岸拱坝河谷底宽较大，宽高比达 3.6，相对同等坝高较窄河谷的建坝条件，工程量要大一些，故经济性指标(坝体方量)的优化显得很有必要，另一方面，优化中结合稳定、施工等条件，以得出较优的方案。
在优化中除遵循一般拱坝优化原则，特别注意以下三方面因素的控制：1） 控制底宽对于下岸较宽河谷条件，梁的作用相对强一些，故在优化中易出现“扫帚形”，底宽可能较大，容易引起体型的高敏感性。
所以适当增加中上部刚度，或者稍微增加中心角，增大两岸侧曲率，拱的作用得到增强，梁的作用相对降低，可使底宽减少成为可能。
另一方面，适当减少底宽同时减少了开挖和下部混凝土工程量，这对合理安排施工计划和设计坝体渡汛方案是有利的。
下岸拱坝的体型在初设阶段底拱厚度为19.68~21.42m ，拱冠梁厚高比0.308；施工图阶段经过优化最后实施的体型底拱厚度为17.45~17.93m ，拱冠梁厚高比0.273。
其底宽之所以可以减少，是因为增加了中上部拱圈刚度及中心角。
参见表1。
2） 控制中心角在优化中，中心角越大对坝体应力有利，拱的作用越强，但是另一方面对坝肩稳定不利；而中心角减少虽然可改善稳定，但由于拱的作用削弱，使梁的作用加强，对于下岸较宽河谷的情况，易出现“扫帚形”。
所以中心角的控制应综合考虑应力及稳定条件，在满足稳定条件的前提下，总体中上部中心角应比下部大，因为对大坝而言，中上部以拱作用为主，故中心角大一些，接近底部以梁作用为主，故中心角小一些。
对于下岸建坝条件，由于河谷较宽，坝肩推力水平较一般窄河谷要大许多，所以稳定条件的前提更应引起重视。
在施工图阶段，最后实施的拱坝体型各层中心角及用平面法计算的坝肩稳定安全系数参见表1。
注：工况一指正常水位+温降工况，属基本荷载组合，允许安全系数3.25，工况三指校核水位+温升工况，属特殊荷载组合，允许安全系数2.75。
3） 工程量与安全度 下岸水库库容较大，工程重要性强，故大坝安全度也是需考虑的重要因素，并非坝体工程量越小越好。
故在优化中如何把握好尺度也是需考虑的重要问题。
解决这个问题，多目标优化方法可能是一个趋势，即优化目标并非单一经济性目标(坝体方量)，可以将坝体应力水平(如强度失效率)等目标引入，分配权重，再进行优化以得出合理的方案。
但是多目标优化方法目前尚不成熟，离应用尚有距离。
在下岸大坝的优化过程则以柔度系数C 作为辅助评估安全度的参数。
柔度系数：HV A C ⋅=2式中: C ─── 柔度系数；A ─── 坝体中面展开面积； V ─── 坝体方量； H ─── 最大坝高。
在合理体型的前提下，C 越大往往越经济，另一方面安全度也越小。
柔度系数过高的拱坝往往应力水平高、强度失效概率高、敏感性也较高，易开裂。
虽然目前业界对于柔度系数还有很多争论，也很难用统一的C 值来界定所有工程，但是有两点是可以肯定的：一是河谷越宽（体现在宽高比越大或底宽越大）往往C 值越小；二是坝越高C 值越小，这两者虽然是统计规律，但其实都在不同程度上反映了水推力的水平。
根据目前的工程经验，就中低拱坝并一般河形状河谷而言，柔度系数一般在16~20。
对于下岸拱坝，最大坝高为64m ，坝虽然不高，但河谷较宽，宽高比达3.6，水推力水平较高，故柔度系数不宜太大。
我们分析了同类高度等级及类似建坝条件的一些工程实例，认为对于下岸建坝条件柔度系数不超过17是可接受的。
2.3 选定体型经过优化计算并综合考虑各方面因素，最终选定的体型主要参数如下表：图2下岸拱坝平面图、中面立视图、梁图2.4 应力分析2.4.1 计算方法大坝应力计算采用试载法，7拱15梁全调整法分析(河床中设三根梁)。
计算分析三种工况：工况一(基本组合)：正常水位＋泥沙＋自重＋温降；工况二(基本组合)：死水位＋泥沙＋自重＋温升；工况三(特殊组合)：校核水位＋泥沙＋自重＋温升；计算程序采用浙江大学ADAO程序。
2.4.2 坝面最大主应力表3 拱坝坝面最大应力表工况上游坝面(MPa) 下游坝面(MPa)最大主拉部位最大主压部位最大主拉部位最大主压部位封拱前0.06 3R –2C 1.51 8R –1C 0.00 0R 0C 1.08 5R –2C一 1.19 8R 0C 1.58 3R 0C 0.64 7R 0C 3.13 8R 0C二0.70 7R 0C 3.16 1R –7C 1.15 8R 0C 2.78 1R –7C三 1.09 6R 3C 3.03 1R –6C 0.14 2R 2C 3.57 4R 0C注：表中如[3R -2C]表示自上而下第3条拱从拱冠梁向左岸数第2条梁处；表中如[8R 0C]表示拱冠梁底。
2.4.3 坝面应力分布图3 工况一上游面第一主应力分布(单位：MPa)图4 工况二下游面第一主应力分布(单位：MPa)图5 工况三上游面第一主应力分布(单位：MPa)下岸拱坝属中坝，受拉应力控制，从应力分布图看，分布比较均匀，没有应力集中现象，应力分布比较合理。
坝肩稳定分析采用刚体极限平衡法，用抗剪断公式分层计算，f’取1.1~1.4，c’取1.0~1.3MPa，抗滑稳定安全系数大于4（参见表1）；右岸针对结构面作了组合分析，分析结果抗滑稳定安全系数满足规范要求。
故方案在稳定上亦是可行的。
2.4.4 敏感性分析为分析基岩、气温、封拱等条件的变化对坝体应力的影响，分别以基岩变模、坝体弹模、封拱温度、气温变幅为条件作敏感性分析，分析正常水位+温降条件下拱冠梁底的应力变化，汇总为下表：图6 拱坝平面布置示意 变化条件变幅 拱冠梁底上游侧拉应力 （MPa ） 拱冠梁底下游侧压应力（MPa ）原方案 / 1.19 3.13 基岩变模 +10% 1.25 3.19 -10% 1.13 3.05 坝体弹模 +10% 1.17 3.09 -10% 1.21 3.17 气温变幅（温降） +10% 1.24 3.16 -10% 1.15 3.10 封拱温度+0.5℃ 1.29 3.22 -0.5℃ 1.10 3.04由上表可知，封拱条件的变化对坝体应力的影响最大，其次是基岩力学特性和气温，坝体本身的弹模影响最小。
总的来说，该体型对上述条件的敏感性在合理范围内，体型设计较为成功。
3. 结构设计3.1 大坝总体结构设计及布置拱坝总体布置及结构如图6、图7所示，坝顶高程214m ，左坝头与上坝公路相连，右坝头上部216.5m 高程有改线公路穿过；大坝中部为5孔×10m 溢洪道。
坝体共分为19个坝段，坝内设灌浆廊道兼作排水和观测廊道，断面尺寸2.5×3.5m ，水平廊道底高程162m ，两岸斜廊道在191.5m 和172m 高程设进出口并与191.5m 和172m 高程坝后桥接通。
坝内埋设多种观测仪器，用来观测大坝位移、应变、温度、渗流、横缝张开度等。
坝体材料采用C15W8常规混凝土掺加粉煤灰。
水库泄洪采用表孔溢流方式，溢流净宽50m 。
表孔最大泄量2886m 3/s 。
水库放空采用坝内埋管。
大坝溢洪道顶部设6m 宽交通桥沟通左右岸交通，大坝下游面在191.5m 和172m 高程设1.25m 宽人行便桥。
大坝两岸下游侧设混凝土台阶沟通坝后桥、灌浆排水廊道、观测廊道以及放水管阀室交通。
整个坝区各部分建筑物经统筹外观设计，建筑风格统一，并与周围环境相协调。
以下主要对基础处理、廊道、放空(水)管、横缝、观测及溢洪道作进一步介绍。
3.2 坝基开挖及基础处理两岸坝基自上而下一次性开挖，主要采用预裂爆破，开挖至微风化岩层，拱端采用全径向开挖。
开挖边坡强风化岩为1:0.75，弱风化岩1:0.5，微风化岩1:0.3。
由于上游侧边坡较高，中间设一道1.5m 宽马道。
河床段覆盖层开挖边坡为1:1.25，临近建基面采用小炮浅孔爆破、分层开挖，最后预留30cm 保护层，保护层采用人工撬挖。
坝址地质条件左岸优于右岸，不利结构面主要分布于右岸170高程以上，处理措施主要为结构面的挖深、挖宽，采用混凝土塞置换。
拱坝全坝基进行固结灌浆，盖重不小于1.5m ，孔距和排距均为3m ，梅花型布置，按二序进行施灌(第一序孔距6m ，以后中间插孔加密)，设计压力0.5MPa ，施工中通过灌浆试验调整确定最优灌浆压力。
坝基上游侧设单排防渗帷幕，在固结灌浆完成后进行，蓄水前完成。
帷幕孔距2.5m ，按分序加密并分图8 廊道平面布置示意图 段进行施灌，三序孔距分别为10m 、5m 、2.5m ，每段长度为5m 。
帷幕伸入相对隔水层(q ≤3Lu)以下5~8m ，设计压力第一段为0.5MPa ，以下各段递增，最大不超过1.0MPa 。
帷幕灌浆施工主要在廊道中进行，两岸侧在坝块上进行。
防渗帷幕后设排水幕，在帷幕灌浆结束后进行，蓄水前完成，排水幕孔距3m ，孔径15cm ，伸入基岩长度为该处防渗帷幕孔深度的0.6倍并不小于8m.。
拱座下游侧山体内结合原勘探平洞设排水平洞，两岸在不同高程各设置两个，洞内设置排水沟及量水堰，以观测绕坝渗流量。
3.3 廊道设计坝内廊道主要用于灌浆、交通及观测。
断面尺寸2.5×3.5m 。
横向廊道在平面上布置为三心圆(参见图8及图7)，这种布置方式基于简化廊道体型的考虑，由于廊道并非水平，从162m~191.5m 有近30m 高差，在172m 、191.5m 还有两级交通廊道平台，所以廊道体型十分复杂。
三心圆方案既可以使廊道体型相对简单，也使各段廊道的连接相对平顺，也易于施工放样及配筋设计。